高层泵送轻集料混凝土的研发与应用
高层泵送轻集料混凝土的研发与应用
随着时代的发展，工程建设越来越趋向多样、一体、大型和复杂化，对混凝土轻质、高强等物理力学性能提出了更高的要求。轻集料混凝土具有轻质、高强、节能，抗震、耐久性良好等特性，低密度、中密度轻集料混凝土在保温隔热、节能轻质围护结构等领域得到广泛的应用。高强度、高性能结构用轻集料混凝土比相应的普通混凝土可减轻自重约25%以上，在大跨度桥梁工程结构以及高层建筑结构中能够发挥其优势有好的应用前景。鉴于轻集料混凝土在高层、超高层建筑结构中的泵送施工有其特性，与普通混凝土有较大差别,在高泵压条件下易出现混凝土塞泵或出泵混凝土轻集料分层等问题，解决好上述问题，控制好施工质量，对结构用高性能轻集料混凝土在工程中的推广应用具有重要意义。
试验研究与应用技术路线
为了解决好高层泵送轻集料混凝土的流动性、匀质性问题，首先要探明在不同泵送压力下轻集料的“泵压吸水量”与轻集料混凝土流动性（坍落度、扩展度）损失的关系，本文通过自制研发的摸拟轻集料混凝泵送压力与混凝土状态关系的试验装置（混凝土泵压状态试验仪）展开试验研究；对应不同泵送高度（泵送时间）、泵送压力，预留泵压吸水量及改善混凝土的粘性等具体措施进行试验研究；在合适的泵压制度下，做到泵送过程中不塞泵，出泵后不分层，最后将其高质量地应用于高层结构用轻集料混凝土泵送施工。
本文以位于广州琶洲区某商业中心工程为应用实例，该项目楼层总高约360m，墙柱楼板采用钢结构，试验浇筑楼层为26层楼板，轻集料混凝土为：LC35，密度为1850kg/m³，厚度30cm，采用泵送方法施工，泵送高度大于110m，对该项目工程的轻集料混凝土的配制、运输、泵送、浇筑、养护进行试验研究，并顺利完成试浇楼板泵送施工。
原材料与试验
原材料
水泥：中材P.II42.5R水泥，该水泥与外加剂适应性好、后期强度高。
Ⅱ级粉煤灰：主要性能指标，如表1所示。
S95矿粉：广西源盛矿矿粉，其性能指标，如表2。
微珠：大同砼珠新科技有限公司生产，其性能指标，如表3。
砂：洁净中砂，细度模数在2.6～2.8之间。
页岩陶粒：湖北宜昌，粒径5～16mm陶粒，如图1所示，其性能指标，如表4所示。
专用外加剂：鼎基专用外加剂，固含量15%，减水率27%。
试验与分析
页岩陶粒的压力吸水率试验
釆用自研发的“混凝土泵压状态（吸水）试验仪”，根据泵送高度110m，所需的压力在15MPa左右，混凝土在泵管的时间在15min以内，不同压力下进行试验。分别测试15min的陶粒吸水试验结果，如表5所示。
试验结果说明，陶粒在压力状态下出现不同的吸水情况，随着压力增加，其吸水率增大。
不同配合比混凝土试验与分析
考虑到轻质混凝土的强度、密度指标要求及高层泵送混凝土泵损、匀质性问题，本研究对泵送轻集料混凝土的强度、密度、流动性、粘聚性展开试验研究。适当掺入河砂，用以提高混凝土的强度，提高粉体材料用量及釆用专用外加剂解决混凝土匀质性问题。同时考虑到混凝土的泵压吸水，在配合比设计过程中，加入泵压吸水量。
⑴混凝土强度试验：胶材不变、陶粒用量不变、密度不变、降低水胶比配合比，如表6所示，混凝土强度，如表7所示。
由表6、表7可知，随着水灰比的降低，混凝土的强度也在增长，但水灰比太低，用水量小，不利于陶粒混凝土的流动，从而影响到混凝土的可泵性。
⑵混凝土密度试验：保证水胶比不变情况下，提高胶材及轻骨料用量，降低砂用量。
胶材包括：水泥、粉煤灰、矿粉、微珠具体用量，如表8所示，混凝土性能，如表9所示。
通过以上试验可知，为保证混凝土的密度在设计范围内，在确保强度的前提下，尽量降低砂的用量，提高陶粒用量。如果胶材较少，密度相对较高，但胶材及陶粒用量太大，不但增加成本，也不利于混凝土的尺寸稳定、水化热的控制，从而影响到混凝土耐久性。由表9可知，混凝土胶材用量会增加混凝土的粘聚性，有利于控制陶粒上浮现象。
⑶混凝土粘聚性试验：釆用专用外加剂提高其粘聚性。釆用不同性能外加剂的混凝土粘聚性对比试验，混凝土配合比如表10，对比试验混凝土工作性能如表11。
通过试验综合判断可知，确保混凝土的均匀性，要使陶粒混凝土的骨料穏定、不上浮均匀地分布在混凝土中，应当优先解决混凝土的粘聚性问题，而解决这一问题的路径有很多，如增加胶材用量、降低用水量等。表11表明，釆用外加剂调整粘聚性效果明显，配制泵送混凝土，应使用专用的混凝土外加剂。
⑷泵损问题分析：解决泵损问题，必须考虑陶粒的压力吸水，混凝土配合比设计时，额外增加陶粒的压力吸水量，确保在泵送过程中，有足够的水份被陶粒吸收后混凝土仍有足够的流性，并釆用高效缓凝减水剂从而确保泵送混凝土的流动性。
混凝土配合比方案
根据以上思路，提出的混凝土试验及生产配方。胶材总量：580kg/m3；水胶比：0.31；砂率：58%；外加剂掺量：2.0%。陶粒500。
混凝土拌合物试配试验
按上述混凝土配合比方案配制的混凝土拌合物性能试验结果，如表12所示。
混凝土拌合物工作性试验见图2、图3、图4所示。
混凝土压力泌水为零，如图5、图6 所示。
混凝土模拟泵压试验
混凝土在模拟泵管内情况（压力20MPa,15min），出管后状态见图7、图8所示，其工作性也能得到保证。
混凝土强度、密度试验
不同龄期混凝土的强度及干密度试验结果如表13。
根据以上试验结果，说明该混凝土配方能满足设计及生产要求。
结果与分析
通过以上试验分析小结如下：陶粒在泵压（MPa）5、10、15、20下，吸水率（%）相应增高为5.8、8、9.2、10.4；增加陶粒的压力吸水量，有效确保陶粒混凝土在泵送过程中的流动性；釆用高效缓凝减水剂有利泵送混凝土的流动性；可使用专用的混凝土外加剂调整泵送混凝土粘聚性；混凝土胶材增加和用水量减少会增加混凝土的粘聚性，有利于抑制陶粒上浮现象；随着水灰比的降低，混凝土的强度增长，用水量过小，不利于混凝土的流动性和泵送性；自制摸拟泵压装置可有效的测试泵压下的轻集料混凝土的流动状态和泵损状况。
混凝土生产与应用
生产前准备
⑴原材料进场后，用于大批量生产的材料，按要求进行复检试验，确保各项指标满足要求。
⑵生产前必须对陶粒进行充分润湿，陶粒进场后，用喷淋方法继续对其进行润湿处理，时间不少于4d。
⑶在生产前的1d，停止喷淋，让其自然滤水，在滤水过程，用彩条布进行覆盖，防止表面水分挥发。
⑷在生产前1h，对砂、石集料含水进行检测，其中陶粒表面没有明水。
混凝土生产
⑴正式生产前，应先搅拌一槽混凝土（1.5m3），搅拌时间不少于80s，放出来后，抽样检测各项性能，如果不满足要求，及时进行调整，满足要求后再进行正常生产。
⑵正式生产后，对每车混凝土都需放出来，目测混凝土情况，满足要求后，让其出场，不满足要求的需及时调整。
⑶混凝土力学性能需留置3d、7d、28d的试件，包括抗压、弹性模量试件。
混凝土经过泵送后，出管口的工作性能完全满足施工要求，如图9、图10。混凝土泵送到110米高度时，泵机的工作状态，如图11所示，与试验数据基本相符。
混凝土质量跟踪
该楼层板从12月2日早上6:40开始泵送第一车，至晚上7:40泵送完最后一车，历时13h，共泵送275m3混凝土。混凝土的各项性能都很稳定、正常，混凝土的湿密度也在1850Kg/m3左右，泵送瞬时最大压力在18MPa以内。
在施工过程中，由于混凝土流动性及粘聚性较好，工人只需要对混凝土进行平整就可以，而无需进行振捣，在施工完成后，表面铺盖薄膜，静养3～4h，就可以光面处理，减少了振捣工人的劳动强度。
混凝土现场取样及抽芯检测，各项指标均满足设计要求。混凝土板面无裂缝，如图12、图13所示。
结论
⑴泵送混凝土配合比方案、拌合物试验结果和工程施工泵送状况，楼层板浇筑质量均能满足工程设计要求。
⑵结构用轻集料混凝土可高质量的进行高层泵送施工，对应不同泵送高度、泵送压力，采取适当地预留泵压吸水量及增加混凝土的粘聚性等具体措施，在合适的泵压制度下，能做到泵送过程中不塞泵，出泵后不分层，可将其高质量地应用于高层结构用轻集料混凝土泵送施工。